复旦微电专题研究：进军专用高毛利市场，FPGA开拓第二增长曲线

一、院校背景深厚，国内首家 IC 设计上市企业

1、国内老牌芯片设计商，形成五大产品线布局

复旦微电是国内领先的 IC Fabless 厂商，2000 年登陆香港上市。上海复旦微电子股份 有限公司主要从事集成电路设计、开发和测试。公司成立于 1998 年，由复旦大学专用 集成电路与系统国家重点实验室、上海商投等联合成立。2000 年公司登录香港创业板 上市，是国内 IC 设计行业第一家上市企业，2014 年转香港主板上市。公司在国内 IC 设计领域保持领先，2020 年实现营收 16.91 亿元，归母净利润 1.33 亿元。

公司产品线丰富，细分领域形成技术领先优势。公司专注核心业务的同时关注多元化发 展，目前已建立健全安全与识别芯片、非挥发存储器、智能电表芯片、FPGA 芯片和 IC 测试等产品线，产品应用于智能手机、金融、工业控制等众多领域。公司在 FPGA 等 细分领域具有技术竞争优势，复旦微电是国内最早推出亿门级 FPGA 产品的厂商，并 已开启 14/16nm 工艺制程的 10 亿门级 FPGA 产品的研发进程。

产品线之间具有协同性，共享技术基础。公司产品线覆盖广泛，包含了安全与识别芯片、 存储器芯片、智能电表芯片、FPGA 芯片等多个产品品类。一方面与公司多元化发展战 略密切相关，安全与识别芯片业务占比长期超 50%，丰富产品线有助于分散经营风险。 另一方面产品线之间具有协同性，共享技术基础，能够以较低的市场转化成本提升公司 经营规模。如图所示，存储器为公司智能卡芯片业务组件。

2、政校企多方共同持股，无控股股东及实际控制人

股权较分散，无控股股东及实际控制人，创始人现任公司董事。复旦大学间接持有公司 16.60%的股份，为第一大股东；上海国资委间接持有公司 11.08%的股份，为第二大股 东；创始人蒋国兴、施雷各持有公司 1.04%的股份，现分别担任董事会主席和董事总经 理。可见复旦微电股权主要由政校企持股，无实际控制人，有利于利用多方资源。此外， 上海圣壕等四家公司为员工持股平台，持股比例为 5.07%，有利于充分调动员工积极性。

公司共有 5 家控股子公司，主要负责销售、市场拓展和测试服务业务，分别为北京复旦 微、深圳复旦微、香港复旦微、美国复旦微和华岭股份，除华岭股份持股 50.29%外， 其他子公司均为全资持股。

3、逐步走出增速放缓困境，营收重新步入成长期

复旦微电从过去 11 年营收和净利润历史来看，可以分为三个成长阶段：

阶段一（2011-2016 年）：营收从 6.10 亿元上升至 11.87 亿元，CAGR 为 11.73%，归 母净利润波动上升。增长态势良好的主要原因系金融 IC 卡、社保卡、交通卡等市场需 求旺盛，安全与识别芯片相关产品销售状况良好带动公司营业额上升。

阶段二（2017-2019 年）：营收基本持平，CAGR 仅为 1.33%，归母净利润大幅下降， 主要原因是原来公司赖以拉动业绩增长的 IC 智能卡业务市场趋于饱和，增量不足，同 时中低端市场竞争激烈，公司降低价格以维持市场份额。该阶段公司面临转型压力，在 营收持平的情况下仍大幅增加研发支出投入在新产品，致使归母净利润大幅下滑。2019 年受累于研发费用大幅增加、产品价格下降毛利降低，公司归母净利润陷入亏损。

阶段三（2020-今）：营收增速下滑颓势基本扫除，业绩走出拐点。取业绩预告中值， 2021H1 营收同比增长 55.54%，归母净利润同比提升 164.41%。公司业绩重回增长轨 道主要原因是前几年所着力投入的 FPGA 系列芯片项目逐渐放量，成为新的业绩增长 点。与此同时 2020 年存储市场供求紧张，产品量价齐升，带动公司业绩提升。

公司经历了产品转型及原有产品的升级换代。根据年报披露，安全与识别芯片业务占比 长期维持在 50%以上，是公司收入的主要来源，其销售情况是公司业绩波动的主要原 因。而近年来安全与识别芯片增速有所放缓，同时中低端市场竞争日趋激烈，相关产品 毛利率不断下降，公司面临较大的转型压力。另一方面公司积极调整产品结构，挖掘物 联网相关产品、大容量 NOR FLASH 存储芯片以及基于 FPGA 芯片等新的业绩增长点，提前展开了相关布局，包括对关键技术加大研发投入、积极储备相关人才等，相关产品 逐渐放量。2017 年安全与识别芯片业务占比 54.10%，仍超半数，2018 年为 48.80%， 2020 年下滑至 36.47%。与此同时，毛利率较高的非挥发存储器和 FPGA 系列产品在 公司营收占比比重不断提升，2020 年分别达到 30.50%和 12.21%。

未来新产品布局战略持续，公司成长态势有望保持。公司将基于自身深厚的技术积累及 突出的研发能力，重点布局包括物联网相关产品、大容量 NOR FLASH 存储芯片以及 基于 FPGA 芯片等产品。以上产品技术壁垒高、市场前景好、具备国产替代的机会， 公司通过新产品战略布局，能较好实现公司可持续发展。

公司总体毛利率呈现先升后降而后再升的趋势。根据复旦微电年报（港）数据， 2011-2016 年公司毛利率波动上升。2017-2019 年公司毛利率从 49.5%下降到 35.5%， 主要由于公司占比最高的两大业务安全与识别芯片和非挥发存储器均价下滑，毛利率下 降，导致公司综合毛利率下滑。2020 年公司毛利率回升至 44.9%，主要系毛利率较高 的非挥发存储器和 FPGA 芯片营收占比提升推动公司综合毛利率回升。

公司五大产品线中，毛利率主要分为三个梯度。

①安全与识别、智能电表芯片毛利率主 要在 20%-40%区间；

②非挥发存储器、IC 测试毛利率在 40%-60%之间，其中工业品 级别存储器毛利率较低，小于 30%，而高可靠级别存储器毛利率较高，超过 95%。

③ FPGA 及其他芯片毛利率位于 80%以上，其中 FPGA 芯片毛利率超过 95%，毛利率较 高主要系产品面向特定领域。

受产品价格波动影响，公司存货跌价准备金额和计提比例上升。市场竞争加剧导致安全 与识别芯片和非挥发存储器均价下降，导致存货可变现净值低于成本，存货跌价准备计 提金额和计提比例上升。其中 2019 年安全与识别芯片及非挥发存储器均价下滑幅度大， 存货跌价准备金额同比增加 3514 万元，对净利润产生一定影响。2020 年两大产品均 价有所回升，存货跌价准备金额及其比例略有下降。

政府补助占净利润比重较高且呈上升趋势，随着经营情况改善占比有望下降。2020 年 公司获得政府补助超过 1 亿元，除 2019 年度净利润为负数外，2017、2018 和 2020 年度公司计入当期损益的政府补助金额占当期净利润的比重分别为 39.97%、89.40%和 69.92%，占比相对较高，总体呈上升趋势，主要系公司受市场竞争持续加剧的影响， 部分产品单价有所下降，导致毛利空间受到挤压，营业利润及净利润出现下降，导致计 入当期损益的政府补助金额占当期营业利润及净利润的比例出现上升趋势。随着新品导 入量产，公司的销售毛利率有望回升，营业利润中政府补助的占比下降的可能性将较大。

4、近年来研发投入重点加码 FPGA 系列芯片

从研发投入和研发投入占比来看，复旦微电均处于行业领先水平。2018-2020 年公司研 发投入从 4.43 亿元到 5.29 亿元，研发投入占比常年维持在 30%以上高位，高于紫光国 微、兆易创新、澜起科技、卓胜微等同行业上市公司平均水平。

公司研发成员占比超过 50%，人才队伍强大。公司员工数量从 2018 年的 1210 人增长 到 2020 年的 1449 人，现共有研发人员 847 人，占员工总数的 58.45%。创始人、现 任公司董事长、执行董事蒋国兴拥有复旦大学计算数学本科学历，为教授级高级工程师。 核心技术人员程君侠拥有复旦大学半导体专业学士学位，曾任复旦大学教授、研究室主 任等。公司主要团队成员技术储备扎实，从业经验丰富。

公司高额的研发主要用于 FPGA 及其系列芯片，FPGA 及其芯片业务研发投入连续多 年超过 1.5 亿元，占比超过 30%。2018 年投入最高的研发项目为亿门级 FPGA 芯片， 2019、2020 年则为基于 FPGA 的 PSoC 芯片。PSoC 可编程片上系统采用集成 CPU 和 FPGA 的新型架构，既可以充分利用 FPGA 的并行处理能力，又可以灵活运用 CPU 的控制能力。在亿门级 FPGA 芯片成功实现量产销售后，公司积极布局 PSoC 赛道， 有助于进一步巩固公司技术优势。另外，安全与识别芯片和非挥发存储器等也为重点投 入业务，2020 年分别投入 1.32 亿元和 0.79 亿元，主要用于大容量双界面 CPU 芯片、 新一代安全芯片以及串行/并行接口 64Mbit-4Gbit FLASH 存储器产品系列研发。

5、拟上市募资 6 亿用于 FPGA 系列芯片研发和产业化

公司本次拟公开发行不超过 1.23 亿股人民币普通股（A 股），预计使用募集资金 6.0 亿元，主要用途为可编程片上系统芯片研发及产业化项目 3.0 亿元/发展与科技储备资金 项目 3.0 亿元。上述项目均属于芯片设计相关的产业化研发项目。

可编程片上系统芯片研发及产业化项目：本募投项目的可编程片上系统芯片将之前多个 功能不同的芯片工作集成到一个芯片中完成，采用异构计算的新兴技术，实现“分工合 作、协同计算”的功能，可以突破现有 FPGA 产品的发展瓶颈，大幅提升芯片的任务 处理性能。原本需要多颗芯片才能完成的任务，通过一颗可编程片上系统芯片即可实现， 并且功耗更低、使用更方便、面积更小，募投项目有利于提升现有 FPGA 产品的性价 比。项目建设期为 2 年，分两年进行投入，第一年投入 1.73 亿元，第二年投入 1.27 亿 元，内部收益率为 19.10%，预计 6.43 年可以收回成本。

发展与科技储备资金项目：项目筹资分别投入到 3 个研发项目中：

1）新一代嵌入式可 编程器件研发及产业化项目投入 2.4 亿元，主要面向人工智能、数据中心、新一代通信 网络、高性能战略设备以及全自动智能化场景等应用领域，代表了嵌入式可编程产品的 未来发展趋势，有利于走出进口管制困境，满足新兴应用领域的需求。

2）高性能人工 智能加速引擎项目投入 0.5 亿元，主要以公司的高端可编程片上系统芯片的器件及系统 电路研制为基础，面向计算机视觉、智能驾驶、机器学习、数据中心等人工智能应用的 综合性项目。

3）高级别安全芯片项目投入 0.1 亿元，目标是开发一款适用于移动通讯 网络环境的具有高性能、高安全、大容量、高可靠性的新一代安全芯片。

二、传统业务增速放缓，产品结构调整带来新成长动力

1、安全与识别芯片：行业增速放缓且竞争加剧，利润端承压

公司安全与识别芯片业务营收和毛利率整体呈下降态势，高毛利专用产品对毛利率影响 大。公司营收从 2017 年的 7.63 亿元下降为 2020 年的 6.09 亿元，占公司总营收比重 从 52.60%下降为 36.02%。毛利率从 2017 年的 40.90%下降为 2020 年的 34.00%，利 润空间压缩。业绩下滑主要原因在于市场趋于饱和，增速放缓，叠加市场竞争加剧导致 产品均价下降。2020 年受疫情等因素影响，公司销量下滑明显，导致营收大幅下滑。 同年毛利率较高的专用安全芯片产品收入回升，拉动整体毛利率由 26.11%提升至 34.00%。

当前公司谋求产品升级，积极研发高级别安全芯片，有望摆脱市场竞争导致毛利率下滑 的困境。公司 RFID 产品线未来发展重点在超高频和传感器领域，将推出超高频读写器 芯片、符合国际协议的标签芯片等新品，形成有竞争力的整体解决方案。另外公司将深 耕传感器领域，重点开发温度、湿度、气体等各类传感器，以满足物联网的识别与感知 需求。新品推出有望驱动业务板块业绩提升。本次募投项目中公司计划开发一款适用于 移动通讯网络环境的具有高性能、高安全、大容量、高可靠性的新一代安全芯片，主要应用在车联网市场和通信运营商市场，除了上述两个重点领域，还可以用于可穿戴设备、 笔记本电脑等传统业务。产品升级有望突破现有市场天花板，带来更大的市场增长空间。

RFID 和智能卡芯片为安全与识别芯片主要的应用形式。2020 年公司 RFID 及存储卡芯 片业务收入 1.73 亿元，智能卡与安全芯片为 3.58 亿元，合计占比达到 87.19%。

（1）RFID 芯片：行业增长趋缓叠加市场竞争加剧，厂商利润率呈下滑态势

RFID 芯片：RFID 芯片主要运用无线射频识别技术，可通过无线电讯号识别特定目标并 读写数据，而无需在识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。因此，RFID 技术 相较其他感知技术（二维码、条形码等）具备无需接触、无需可视、可完全自动识别等 优势，在读取距离、读取效率、可读写性方面的限制相对较少。按照工作频率划分， RFID 可以分为低频、高频、超高频和微波四种，随着频率提升，传输距离也越远。

RFID 板块维持平稳增速，未来超高频产品为市场主流。中国市场预计 20-22 年 CAGR 为 5.27%，维持平稳增长态势。RFID 是物联网发展的基础，当物联网应用范围不断扩 展，RFID 将成为主流的感知层技术。近年来 RFID 广泛应用于零售、汽车电子、医疗 保健等多个领域。随着成本的下降，RFID 未来有望进一步替代二维码、条形码的市场 份额。其中高频 RFID 产值较大而呈大幅萎缩态势，超高频 RFID 产值较大且保持稳定 增长，超高频是公司未来发展的方向之一。

RFID 竞争激烈，厂商为了维持市场份额采取降价措施，毛利率呈下滑趋势。低频 RFID 商用较早，竞争热潮已过，留存的厂商较少，竞争程度相对较低，毛利水平较好。高频 RFID 市场上厂商多，与此同时市场整体呈收缩态势，因此竞争激烈，毛利水平较低。 超高频 RFID 市场厂商正在快速增加，市场规模亦逐渐扩大，为抢占市场份额厂商价格 战现象明显。自 2016 年开始，国内 RFID 相关厂商毛利率下滑趋势明显，侧面反映市 场竞争激烈程度。

复旦微电为国内高频 RFID 重要厂商之一，受市场竞争冲击毛利率下滑。复旦微电芯片 产品覆盖了高频、超高频和双频三个频段，其中高频产品为主要产品，根据复旦微电销 量数据以及客户信息，复旦微电在国内非接触逻辑芯片领域市场占有率超过 60%。根 据公司年报，随着市场竞争加剧，为了维持市场份额复旦微电调低产品价格，公司毛利 率下降，利润空间被压缩。

（2）智能卡芯片：市场趋于饱和，未来应用场景扩张有望带来新增量

智能卡芯片：智能卡芯片是指粘贴或镶嵌于卡中的内置嵌入式 CPU 芯片产品。智能卡 内部配备有微处理器、输入/输出设备接口、存储器（如 EEPROM）及芯片操作系统， 可在与读卡器进行数据交换时，对数据进行加密、解密，从而确保交换数据的准确可靠。 智能卡芯片由于具有存储容量大、安全保密性好、使用寿命长等优点，在公共交通、公 共事业、校园一卡通、身份识别、智能终端等领域正得到越来越多的应用，例如金融 IC 卡、SIM 卡、社保卡、二代身份证、读卡器等。智能卡芯片产品包括双界面 CPU 卡芯 片、非接触式/接触式 CPU 卡芯片等。

智能卡芯片全球市场和中国市场规模 CAGR 均低于 6%，后期增速有望提升。预计 2014-2023 年全球市场规模从 28.1 亿美元上升为 38.6 亿美元，智能卡芯片出货量达到 279.83 亿颗，CAGR 分别为 3.23%和 12.41%。中国市场规模从 76.9 亿元上升为 129.8 亿元，智能卡出货量达到 139.36 亿颗，CAGR 分别为 5.37%和 14.27%。近年来智能 卡芯片应用不再局限于通信领域，而被广泛应用于金融、社会保险、交通旅游等领域， 应用场景扩张有望提升市场规模。

社保卡市场：考虑到金融社保卡中芯片的使用年限、参保人个人卡面信息变化等原因， 金融社保卡通常要求 10 年进行更换，因此，未来原有大量的第一、二代社保卡将陆续 进入更换周期。与此同时人社部要求自 2021 年起所有地区新发、补领、换领社保卡时 全面采用第三代社保卡，并加快签发电子社保卡。基于 2010-2013 年间的近 5 亿张二 代社保卡自然寿命到期，以及政策对第三代社保卡的支持这两大因素，2021-2023 年有 望迎来第三代社保卡的发卡高峰。

金融 IC 卡市场：为提高银行卡的安全性，采用智能 IC 卡取代过去的磁条卡已成为大势 所趋。EMV 迁移是金融 IC 卡市场发展的主要推动因素之一。近年来，国内的微信、支 付宝等线上支付方式被广泛使用，在一定程度上影响了金融 IC 卡市场空间的快速发展。 未来法定数字货币发行亦有可能对金融 IC 卡造成冲击。2017~2019 年金融 IC 卡订购 量分别为 10.7 亿张、11.2 亿张和 10.4 亿张，总体处于稳中微降的态势。但国内企业仍 能把握一定的市场机会：

1）国产化率提升；

2）除了目前社保卡之外的更多内置智能卡 芯片的证件市场如电子护照、港澳通行证等也可以给国产智能卡芯片提供广阔的发展空 间；

3）未来物联网设备中需要大量安全 SE 芯片，这些 SE 芯片中很多直接使用智能 卡芯片或是在现有智能卡芯片基础上做定制化开发，为公司智能卡芯片带来了新的增量 市场空间。

复旦微电产品在智能卡领域得到广泛应用，市场覆盖率提升。目前，复旦微电在金融 IC 卡芯片领域的市场占有率约为 20%，在公交地铁等领域，公司芯片已在北京、上海等 100 余个城市得到应用，城市覆盖率超过 30%。

2、非挥发存储器：量价同步回升，高可靠领域产品提升毛利率

存储芯片是现代信息产业应用最广的核心零部件。存储器一方面可存储程序代码以处理 各类数据，另一方面可存储数据处理过程中产生的中间数据及最终结果，被广泛应用于 内存、U 盘、消费电子、智能终端等领域，是应用面最广的基础性通用集成电路产品。

EEPROM：EEPROM 是支持电可擦除的非挥发存储器，是一种即插即用（Plug&Play） 的小容量可编写只读存储设备，具有体积小、接口简单、数据保存可靠、可在线改写、 功耗低等特点，广泛应用于汽车电子、智能电表、智能家居、小家电等设备中。

闪存芯片：Flash 存储器俗称“闪存”芯片，从 EEPROM 演变而来，同样为支持电可 擦除写入的非挥发存储器。目前市场以 NAND 和 NOR 为主流产品。NOR Flash 采用 “并、或”结构组织存储单元阵列，具备可靠性高、随机读取速度快、传输速率快、品 质稳定的特征。NAND Flash 采用“串、与”结构组织存储单元阵列。因其具备更高的数 据存储密度、较高的可靠性，是高数据存储密度的理想解决方案。

存储芯片进入上行周期，量价同步回升。国内市场存储芯片一直都是集成电路市场中份 额最大的产品类别，占全球市场规模的 53.26%以上，存储芯片呈现强周期性，2020 年存储芯片供需关系紧张，行业进入上行周期，量价同步回升。

复旦微电非挥发存储器产品主要由 EEPROM、NOR Flash 和 SLC NAND Flash 产品 组成。其中 EEPROM 和 NOR Flash 在公司业务中占比最大，2020 年营收规模分别为 1.84 亿元和 2.82 亿元，合计超过 90%。

2017-2019 公司业务增长放缓，2020 年市场供应紧张叠加中大容量 NOR Flash 批量 出货，销售规模提升。受行业景气度走低、EEPROM 市场需求下降且竞争加剧、国内 光调制解调器市场招标数量下降等因素影响，2017-2019 年公司非挥发存储器业务增长 迟缓。2020 年由于疫情导致封测产能紧张，国产 CIS 图像传感器和 MCU 的扩产也大 幅挤占了 NORFlash 的代工产能，造成供应端紧张，进而导致 2020 年开始 NOR Flash 量价齐升。同时，中大容量产品批量销售，进一步推动非挥发存储器业务量价齐升。

公司产品布局涉及高可靠级别领域毛利率高。公司毛利率水平高于同行业可比公司，主 要系公司非挥发存储器中包含了高可靠级别产品与工业品级别产品，其中高可靠级别非 挥发存储器产品的市场准入门槛高，市场合格供应商较少，且公司产品在相关应用领域 已通过客户验证并长期使用，具有较强的竞争优势和议价能力。因此公司高可靠级别非 挥发存储器产品毛利率水平相对高于工业品级别非挥发存储器及同行业可比公司。

公司在技术上不断接近行业先进水平。

①在 EEPROM 方面，公司 EEPROM 产品在工 艺节点领域达到 0.13 微米，已基本达到该器件机理的物理性能极限，目前国际最先进 的 EEPROM 制程也处于相同水平。

②在 NOR Flash 方面，公司工艺节点以 55nm/65nm 为主，50nm-40nm 节点已处于开发阶段。旺宏电子、兆易创新等企业在大容量产品方 面起步较早，积累更深厚。

③在 SLC NAND Flash 方面，公司工艺节点以 38nm/40nm 为主，28nm 产品正在研发中。华邦电子和兆易创新的 SLC NAND Flash 产品在工艺节 点上与公司相近，旺宏电子作为行业龙头，19nm 产品于 2019 年出货。

公司在细分领域市场占有一定的市场份额。

①在 EEPROM 方面，公司智能电表 EEPROM 在 2020 年销量超过 5000 万颗，该年度国网智能电表的招标总量为 5221.7 万只。

②在 NOR Flash 方面，复旦微电 2019 年 NOR Flash 营业收入为 1.55 亿元人民 币，约占全球市场 1.11%。

③在 NAND Flash 方面，公司在 PON、4G 数据卡、4G 功 能手机市场中公司市场占有率分别达 10%、5%和 25%。

3、智能电表芯片：细分领域行业龙头，电表迭代带来增长动力

智能电表开启轮换周期，招标数量提升。从整体市场容量来看，国网智能电表在 2009 年 开始集中招标，2014 到 2015 年达到招标量高点，随着我国智能电表覆盖率不断提升， 该轮智能电表改造的市场需求收窄，在 2017 到 2018 年上半年国网智能电表招标量下 降至低点。而智能电表的使用寿命一般为 10 年左右，早期投入使用的智能电表近年来 陆续进入更换周期。2018 年下半年开始，国网招标量开始出现明显的回升。2018 年国 网集中招标达 5408.8 万只，较 2017 年的 3777.9 万只增长 43.17%；2019 年国网智能 电表招标量已达 7391.2 万只，较 2018 年增长 36.65%，智能电表市场回暖趋势明显。 2020 年国网智能电表招标量为 5221.7 万只，较 2019 年有所下降，主要是因为刚刚于 2020 年第二次电能表招标中采用 2020 版新标准，需要一定周期。随着新一代 IR46 标 准的实施，我国将大面积开启新一轮的智能电表改造周期。

公司的智能电表芯片产品主要包括：智能电表 MCU、低功耗通用 MCU 等，智能电表 MCU 是电子式电能表智能电表的核心元器件，可实现工业和家庭用电户的用电信息计 量、自动抄读、信息传输等功能；低功耗通用 MCU 产品可应用于智能电表、智能水气热表、智能家居、物联网等众多领域。

公司在智能电表领域市场份额第一，有望受益于电表迭代。公司智能电表 MCU 在国家 电网单相智能电表 MCU 市场份额排名第一，累计智能电表出货量超 4 亿颗，公司通用 低功耗 MCU 累计出货量已达千万级别。智能电表轮换周期开启有望带来业绩增长。 2018-2020 年，公司智能电表芯片实现销售收入分别为 1.09 亿元、1.85 亿元和 1.80 亿元。

三、FPGA：5G 和 AI 双轮驱动，国产替代空间巨大

1、架构灵活的可编程芯片，5G 和 AI 驱动 FPGA 高速成长

FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列），是在 PAL、GAL、CPLD 等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制 电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺 点。无论是 CPU、GPU、DSP、Memory 还是各类 ASIC 芯片，在芯片被制造完成之 后，其芯片的功能就已被固定。而 FPGA 芯片在制造完成后，其功能并未固定，用户 可以根据自己的实际需要，将自己设计的电路通过 FPGA 芯片公司提供的专用 EDA 软 件对 FPGA 芯片进行功能配置，从而将空白的 FPGA 芯片转化为具有特定功能的集成 电路芯片。每颗 FPGA 芯片均可以进行多次不同功能配置，从而实现不同的功能。

FPGA 首款产品诞生于 1984 年，发展过程中容量、速度上升而成本、功耗下降。1985 年赛灵思（Xilinx）推出第一款 FPGA 产品 XC2064，采用 2mm 工艺，包含 64 个逻辑 模块和 85000 个晶体管。早期的 FPGA 芯片由于设计、制造难度较大、价格昂贵且性 能远远落后于专用集成电路，因此应用比较有限，一般被集成电路设计公司或者研究机 构用于产品原型的验证。随着 FPGA 技术本身的飞速发展，以及半导体制造工艺的不 断演进，当前 FPGA 的价格和性能已经能够和专用集成电路竞争，又由于其可反复改 写的灵活性，全球 FPGA 产业在 2000 年以后有了大幅度的成长。自从 1984 年 Xilinx 公司发明 FPGA 以来，FPGA 的容量已经提高了一万倍以上，速度提高了一百倍以上，价格和功耗缩小了一千倍以上。

FPGA 由于其灵活的架构拥有其他协处理器无法比拟的优势。在摩尔定律发展规则下， 现阶段集成电路性能提升速度已无法满足数据增长对计算性能需求的增长速度。在芯片 材料等基础技术未取得突破前，一种有效的解决方法就是采用专用“CPU+协处理器” 来提升处理性能。现有的协处理器主要有 FPGA、GPU 和 ASIC 专用芯片，FPGA 不 仅拥有软件的可编程性和灵活性，还兼具硬件的并行性和低延时性，在上市周期、成本 上也具有优势。因此，在 5G 通信、人工智能等具有较频繁的迭代升级周期、较大的技 术不确定性的领域，FPGA 是较为理想的解决方案。

FPGA 应用推广受制于成本、功耗和编程设计三大缺陷。成本上，实现同样逻辑的 FPGA 成本将是 ASIC 的 10 倍以上，FPGA 仅在小批量多批次的情况下有成本优势；功耗上， FPGA 中的芯片面积大于 ASIC；编程设计上，FPGA 编程需要采用的专用工具进行 HDL 编译，再烧录至 FPGA 中，其技术门槛非常高。

FPGA 设计处于 FPGA 产业链中游。FPGA 上游为 EDA 软件工具和 IP，中游包括设计、 制造、封测三个环节，下游应用中通信市场占比最大，达到 40%，其次是电子，占比 23%，汽车和数据中心次之。其中 5G 和 AI 是当前 FPGA 主要应用场景。

5G 浪潮下 FPGA 有望实现价提量升。由于 5G 通讯对基站射频芯片的连接速度、低延 时、连接密度、频谱带宽的要求更高，且新增 Massive MIMO（大规模天线整列）技术、 云 RAN、新的基带和 RF 架构等 5G 关键技术，拥有较长的迭代升级过程和较大的技术 不确定性。这使得市场很难快速推出成熟的 5G ASIC 芯片，从而为 FPGA 在 5G 领域 的运用提供了较长的时间窗口。在整个 5G 系统方案稳定运行前，FPGA 是更加理想的 解决方案。在 5G 时代，FPGA 有望实现量价齐升，量的增长主要由于 1）通信基站数 量增多带动 FPGA 零部件用量提高。2）5G 单基站 FPGA 用量较 4G 基站更大。价的 提升主要由于 5G 时代计算复杂度增加，所用 FPGA 的规模将增加，由于 FPGA 的定 价与片上资源正相关，因此价格有望提升。

FPGA 在 AI 领域处理效率及灵活性具有显著优势。GPU、ASIC 和 FPGA 是 AI 的三种 专用芯片。与 GPU 相比，FPGA 具备明显的能效优势；与 ASIC 相比，FPGA 灵活性 更高，AI 神经网络演进的速度较快，ASIC 无法跟上算法的迭代更新。因此，FPGA 是 人工智能领域的一个更优选择。采用 CPU+FPGA+AI 或者 CPU+FPGA+GPU 融合架构 的 PSoC 芯片在人工智能领域中逐渐崭露头角，其兼具了 SOC 的灵活性和通用性、FPGA 的硬件可编程性和专用 AI 加速核或 GPU 的高效性，可带来极佳的能效加成。针 对人工智能的不同应用领域，可将各种算力需求和控制逻辑用最合适的资源组合实现， 低成本、高效能实现人工智能应用的快速部署、应用的动态重构和快速升级。

FPGA 芯片技术未来发展方向：

1）向先进制程、先进封装方向发展。Xilinx 公司和 Intel 公司都在不断增加 FPGA 芯片的逻辑规模和系统性能并追求最先进的芯片制程工艺。 为了继续扩大 FPGA 芯片的逻辑规模，实现大容量、高性能、低功耗的目标，FPGA 芯片公司将主要从先进制程与先进封装两方面持续推进其研发路线。

2）向高集成化的 现场可编程系统级芯片发展。FPGA 芯片技术正在向更先进工艺、更高速电路结构、复 杂异构 SoC 系统发展。目前国际主流 FPGA 芯片公司逐渐形成了在 FPGA 芯片中加入 处理器的技术路线，并形成了可编程系统级芯片这一新产物。和传统 FPGA 芯片不同， 现场可编程系统级芯片的特点是单芯片高度集成了电子信息设备所需的 CPU、FPGA、 存储接口、IO 外设接口甚至人工智能专用引擎等所有模块，单颗芯片可完成应用情景 的所有功能需求。目前，现场可编程系统级芯片已经被大量应用在消费电子、工业控制、 无线通信、自动驾驶、电力系统等领域。

2、海外巨头垄断 80%以上份额，国产替代空间巨大

FPGA 市场规模稳步增长，亚太地区为最大市场。随着目前 5G 时代的进展以及 AI 的 推进速度，FPGA 全球市场规模近年来稳步增长，根据 Frost&Sullivan 的预测，全球 FPGA 市场规模在 2025 年有望达到约 125.8 亿美元，2021-2025 年 CAGR 为 16.4%。 全球最大的 FPGA 市场为亚太地区，2018 年占比为 39.15%。因为下游数据中心、5G 和人工智能市场在未来的增长大部分集中在亚太地区，亚太地区在 FPGA 的需求上也 将增长最快，至 2025 年，亚太地区在全球 FPGA 市场中的占比预计将会继续提高至 43.94%。其中，中国市场是亚太地区市场最主要的构成部分和增长引擎。

按逻辑单元拆分，目前 100K 以下逻辑单元的 FPGA 芯片仍是市场需求量最大的部分， 其次为 100K-500K 逻辑单元部分。Frost&Sullivan 数据显示，中国市场 2019 年以销售 额计，100K 逻辑单元以下的 FPGA 芯片占据了 38.2%的市场份额，100K-500K 逻辑单 元的 FPGA 芯片占据了 31.7%的市场份额。

按制程拆分，目前 28nm-90nm 制程区间内的 FPGA 芯片由于其较高的性价比，与较 高的良品率依然占据了市场的主要地位。此外，由于先进制程产品具有更低功耗与面积 和更高的性能，28nm 以下制程的 FPGA 芯片预计将快速发展。Frost&Sullivan 数据显 示，中国市场 2019 年以销售额计，28nm-90nm 制程的 FPGA 芯片占据了 63.3%的市 场份额，28nm 以下制程的 FPGA 芯片占据了 20.9%的市场份额。

全球 FPGA 市场呈现双寡头竞争格局，四家美国公司占据全球超过 90%的份额。根据 复旦微电招股书披露，赛灵思和英特尔合计市场占有率高达 87%左右，再加上 Lattice 和 Microsemi 合计 5.6%的市场份额，前四家美国公司即占据了全世界 92%以上的 FPGA 供应市场。

国内厂商以复旦微电、紫光同创、安路科技等为代表，与国际厂商仍存在较大差距。国 内厂商在技术水平、成本控制能力、软件易用性等方面都与头部 FPGA 厂商存在较大 的差距。但随着我国集成电路设计产业在 FPGA 领域不断加大研发投入和人才培养力 度，未来国产 FPGA 企业将有望缩小与国际先进水平的差距，并在行业整体规模上升 与进口替代加速的双轮驱动下，实现业绩和规模的进一步增长。

3、推出 28nm 亿门级 FPGA，特种领域带来 90%+高毛利率

复旦微电为国内首家推出亿门级 FPGA 芯片的厂商，填补了国内高端市场的空白，缩小 了与国际领先水平的技术差距。公司自 2004 年开始进行 FPGA 的研发，2018 年第二 季度率先推出 28nm 工艺制程的亿门级 FPGA 产品，SerDes 传输速率达到最高 13.1Gbps，并在 2019 年正式销售。当前，公司一方面积极开展新一代 14/16nm 工艺 制程 10 亿门级产品的开发，另一方面结合 CPU、AI 技术，在国内率先开发 PSoC 芯 片，拓展新的战场，保持公司在国产 FPGA 技术上的领先地位。

亿门级 FPGA 芯片顺利实现量产销售，业绩稳步增长。2017-2020 年公司 FPGA 芯片产品销售收入从 0.99 亿元上升至 1.53 亿元，占主营业务收入比例上升至 9.17%。自 2019 年起公司开始向市场导入亿门级 FPGA 产品，2020 年度随着公司亿门级 FPGA 产品推广顺利，相关产品销售规模同比增加 8491.76 万元。

部分产品面向高可靠级别领域，毛利率远超同行业水平。2018-2020 年，公司 FPGA 芯片的毛利率分别为 98.18%、97.22%和 95.26%，远高于境内外 FPGA 主要厂商，包 括紫光国微、安路科技以及赛灵思,主要系公司部分 FPGA 芯片主要应用于高可靠等特 定领域，产品技术难度大，应用领域相对单一，基于研发投入规模、研发周期等因素考 虑，公司 FPGA 芯片产品定价显著高于其他芯片产品，毛利率水平普遍较高。随着产 品向通信、工业控制等其他领域推广，公司产品均价和毛利率略有下滑。

公司将推出国内首款面向市场的 PSoC 产品，10 亿门级 FPGA 预计于 2023 年量产，市场潜力大。针对人工智能、大数据以及物联网等应用领域，复旦微电的青龙系列正在 进行样片测试，是国内首款推向市场的嵌入式可编程 PSoC 产品，该产品采用 28nm 工 艺制程，内嵌大容量自有 eFPGA 模块，并配置 APU 和多个 AI 加速引擎，可广泛用于 高速通信、信号处理、图像处理、工业控制等应用领域。公司同时还开启了 14/16nm 工艺制程的 10 亿门级 FPGA 产品的研发进程，已经对系统架构做了全面剖析和详细定 义，架构中所有 IP 的前期调研和技术实现已经基本掌握，预计将于 2021-2022 年进行 产品流片，于 2022 年提供产品初样，于 2023 年实现产品量产，技术领先优势有望保 持。

报告链接：复旦微电专题研究：进军专用高毛利市场，FPGA开拓第二增长曲线

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